直驱式风电机组轴承振动监测与故障诊断

【摘要】：由化石燃料消耗引起的重度雾霾天气,给全国人民的生活带来了严重的灾难。在此情况下,风能作为新的可再生能源受到各国政府前所未有的重视。而目前大型风力发电机组制造技术已经趋向成熟,特别是直驱式风电机组作为近年来风电机组发展的最新趋势,得到了广泛的应用。然而风电机组受到运行环境的制约,导致其故障率较高,影响其可靠性。 风电机组中的轴承作为风电机组传动系统的关键部件,其故障有各自的特点。主轴轴承由于其长时间受力不均匀而形成疲劳破坏；偏航和变桨轴承直接暴露在空气环境中,容易受到恶劣环境气流的影响,通常会在机舱和叶片上形成巨大的倾覆力矩,导致偏航和变桨轴承内外圈和滚动体上承受巨大的接触应力,造成轴承内部变形,以及风沙、尘土、潮湿等恶劣环境容易造成轴承磨损和锈蚀等故障。因此,对于风电机组轴承的故障特点进行监测诊断,对于了解轴承故障产生的机理,对轴承进行维护保养,预防轴承的故障产生,减少引轴承故障引起的经济损失等都具有重要的实际意义。 本文从以下几方面对风电机组轴承进行深入的研究： (1)通过风电机组的运行状况和受力情况,分析了风电机组轴承的结构特征、工作状况、故障类型及故障产生的原因。针对轴承故障的振动机理、频率特性和信号特征等,由此为基础搭建了风电轴承故障的振动测试系统。 (2)针对风电机组轴承的故障特征进行诊断,其结论是：倒频谱方法对于风电轴承故障的主要特征频率产生的调制边频成分具有明显的识别作用。广义倒频谱对风电轴承在强噪声干扰情况下的故障特征能够进行有效的诊断。包络谱方法通过解调分析来提取轴承故障的调制信息,对风电轴承故障的特征频率、谐波频率和调制边频成分具有一定的辨识作用。 (3)通过对风电机组主轴和偏航轴承的正常及故障两种情况进行对比分析,验证了上述分析方法的有效性。针对正常和故障轴承的运行特性、振动特点、信号特征、故障部位等情况进行对比,得出了如下结论：倒频谱方法和包络谱方法在主轴和偏航轴承故障诊断中都具有一定的局限性,在主轴轴承故障诊断中倒频谱方法比包络谱方法显示结果更加清晰和准确；在偏航轴承故障诊断中包络谱方法比倒频谱方法的功能更加强大。 【关键词】：直驱式风电机组 主轴轴承 偏航轴承 倒频谱 包络谱
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 风力产业的意义与前景11-14
• 1.1.1 风电产业的意义11-12
• 1.1.2 风电产业的前景12-13
• 1.1.3 直驱式风电机组优势13-14
• 1.2 本文研究的背景及意义14-16
• 1.3 风电机组轴承的振动监测与故障诊断的研究现状16-20
• 1.3.1 风电机组轴承检测技术研究现状16-17
• 1.3.2 风电机组振动监测设备研究现状17-18
• 1.3.3 风电机组轴承故障诊断方法国内外研究现状18-20
• 1.4 本文研究内容的安排20-23
• 第二章 直驱式风电机组轴承运行特点及振动故障机理23-39
• 2.1 直驱式风电机组轴承的特点23-27
• 2.1.1 工况条件23-24
• 2.1.2 偏航、变桨轴承的特点24-26
• 2.1.3 主轴轴承的特点26-27
• 2.2 直驱式风电机组轴承载荷特点27-29
• 2.3 直驱式风电机组轴承的振动故障特征29-37
• 2.3.1 风电轴承的振动机理29-31
• 2.3.2 风电机组轴承故障31-33
• 2.3.3 风电轴承的故障诊断机理33-35
• 2.3.4 风电轴承故障振动的信号特点35-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第三章 直驱式风电机组轴承振动监测系统搭建39-49
• 3.1 直驱式风电机组振动测试系统的组成39
• 3.2 监测传感器39-43
• 3.2.1 传感器的选择40-41
• 3.2.2 传感器的技术性能指标41-42
• 3.2.3 传感器的安装42-43
• 3.3 监测测点的选取43-45
• 3.4 测试对象的相关分析及参数确定45-46
• 3.5 信号的调理和数据的采集46-47
• 3.5.1 信号的调理46-47
• 3.5.2 数据采集47
• 3.6 风电轴承振动测试系统搭建图47
• 3.7 本章小结47-49
• 第四章 风电机组轴承故障振动诊断方法研究49-59
• 4.1 风电机组轴承振动信号的时域分析法49-52
• 4.1.1 时域统计指标49-50
• 4.1.2 风电轴承的时域分析50-52
• 4.2 风电机组轴承振动信号的频域处理方法52-56
• 4.2.1 频谱分析理论52-54
• 4.2.2 风电轴承振动信号频谱的频率结构54
• 4.2.3 风电轴承的频谱分析54-56
• 4.3 振动信号的倒频谱分析56-57
• 4.4 振动信号的包络分析57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 基于倒频谱的风电机组轴承实例特征分析59-69
• 5.1 倒频谱分析理论59-60
• 5.1.1 倒频谱的概述59
• 5.1.2 倒频谱的定义59-60
• 5.2 基于倒频谱分析在风电轴承的故障特征60-62
• 5.2.1 轴承特征在倒频谱中提取方法60-61
• 5.2.2 基于倒频谱分析的特点61-62
• 5.3 基于倒频谱的直驱式风电机组轴承的故障诊断研究62-68
• 5.3.1 主轴轴承的倒频谱分析62-63
• 5.3.2 偏航轴承的倒频谱分析63-65
• 5.3.3 偏航轴承的广义倒频谱分析65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 基于包络谱分析的风电机组轴承实例特征分析69-77
• 6.1 包络谱分析基础69-71
• 6.1.1 包络分析方法69
• 6.1.2 基于Hilbert变换69-71
• 6.1.3 轴承包络解调分析原理71
• 6.2 包络谱方法的实例分析71-75
• 6.2.1 主轴轴承的包络谱分析71-73
• 6.2.2 偏航轴承的包络谱分析73-75
• 6.2.3 包络分析的局限性75
• 6.3 本章小结75-77
• 第七章 总结与展望77-79
• 7.1 全文工作总结77-78
• 7.2 研究工作展望78-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83-84
• 致谢84

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

风力发电机专用轴承    李媛媛,叶亚飞

基于ITD和LS-SVM的风力发电机组轴承故障诊断    安学利;蒋东翔;陈杰;刘超;

基于振动测试的滚动轴承故障诊断技术进展    张倩;张志新;王亮;

中国北方地区风电轴承故障调查与分析    苏连成;李兴林;王文龙;李小俚;陈国建;

风电机组故障智能诊断技术及系统研究    彭华东;陈晓清;任明;杨代勇;董明;

兆瓦级风力发电机故障诊断    陈长征;梁树民;

状态监测与故障诊断在风电机组上的应用    龙泉;刘永前;杨勇平;

解调分析在风力发电机上的运用    时轶;崔新维;

基于小波变换的风电机组传动系统故障诊断与分析    张照煌;丁显;刘曼;曾菊瑛;

风力机齿轮箱故障诊断    唐新安;谢志明;王哲;吴金强;

电动滚筒驱动电机噪声的控制分析    鲍俊瑶;

齿轮裂纹早期故障的完全解调分析    崔玲丽;丁芳;高立新;张建宇;王颖旺;

轴承故障诊断中共振解调技术的应用研究    高立新;王大鹏;刘保华;丁庆新;丁芳;李民;

直升机中减速器谐响应分析与传感器优化布局    苏勋文;王少萍;朱冬梅;石健;

基于声信号分析的齿轮故障诊断方法    杨德斌;杨聚星;阳建宏;章立军;

基于信号流图的风力发电机故障诊断    何丹;

基于LabVIEW的在线监控系统研究    常京龙;鑫龙;

磁悬浮风力发电机用磁力轴承的分析与设计    胡业发;许开国;张锦光;吕辉榜;

双列四点接触球轴承沟道加工方法及砂轮修整装置改进    向愿;赵武;文鉴恒;熊欣;邓德强;

风力发电机用轴承简述    陈龙;杜宏武;武建柯;王玲;

风电齿轮箱振动信号的倒频谱分析    滕伟;武鑫;高青风;柳亦兵;

一种基于ICA的机械故障特征提取方法    赵志宏;杨绍普;

基于线调频小波路径追踪阶比循环平稳解调的齿轮故障诊断    陈向民;于德介;罗洁思;

基于共振解调的滚动轴承故障诊断    刘锋;马怀祥;王亚涛;

多级行星轮系减速器的降噪研究    陈传海;于洋;李志远;

基于循环平稳分析的齿轮损伤监测研究    商铁军;刘立;张文明;冯志鹏;李学军;

合金棒材轧机的齿轮箱振动实测分析    魏立群;瞿志豪;陈汉辉;

风力机圆柱齿轮动态特性研究    蒋东翔;赵明浩;李少华;

基于神经网络的风电机齿轮箱振动信号的分析与应用    赵立超;陈长征;

风电场生产运营管理研究    张世惠;

多尺度线调频基稀疏信号分解及其在齿轮箱故障诊断中的应用    彭富强

数学形态学在机械故障诊断中的应用研究    沈路

兆瓦级风电机组状态监测及故障诊断研究    单光坤

基于滤波技术和粒子群优化的齿轮箱故障诊断研究    许昕

基于EMD和Cohen核的时—频分析研究及其在轨道不平顺监测中的应用    宁静

风电机组振动监测与故障诊断研究    刘文艺

旋转机械早期故障特征提取的时频分析方法研究    鞠萍华

双馈风电机组的暂态行为及其对电力系统稳定性影响    郝正航

土压平衡盾构机主减速器三级行星齿轮系统动力学    肖正明

局域波分解方法、特征剖析及应用研究    胡红英

特种车辆变速箱齿轮传动失效分析    旺扎拉

基于时频分析的齿轮故障机理及诊断研究    李会臣

风力发电机组齿轮箱早期故障诊断方法研究    张亮

LVQ神经网络在齿轮箱故障诊断中的研究    杨克强

基于小波分析对变速箱进行故障诊断    彭建云

齿轮传动系统故障模拟方法的研究    孙文婷

改进经验模态分解及其在齿轮故障诊断中的应用研究    高建新

刚柔耦合齿轮箱系统的故障特征分析与研究    路亮

大型风力机的故障诊断专家系统    李云

风电系统中网络监控与管理系统    贾冬妮

基于EMD与切片双谱的轴承故障诊断方法    张琳;黄敏;

滚动轴承故障振动检测方法    赵晓玲;

基于分形和小波包理论的滚动轴承故障诊断    陈江海;孙齐山;

基于改进标准化EMD的滚动轴承故障诊断方法    徐永成;徐东;李兴林;查伟;

风电机组轴承的状态监测和故障诊断与运行维护    苏连成;李兴林;李小俚;张燕辽;张仰平;

基于LS-SVM回归的频域分析法及其在局放窄带干扰抑制中应用    贾嵘;张欣伟;徐其惠;曹贝贞;何向刚;

基于小波包Shannon熵SVM和遗传算法的电机机械故障诊断    张亚楠;魏武;武林林;

风力发电机组运行状态的混沌特性识别及其趋势预测    安学利;蒋东翔;

基于支持向量回归的电力变压器状态评估    张哲;赵文清;朱永利;武中利;杨建;

一种基于ITD算法的直扩信号检测算法    安金坤;田斌;孙永军;易克初;于全;

汽轮发电机组故障诊断系统中几个关键技术的研究    卢学军

分布式远程故障诊断专家系统的框架及若干关键技术的研究    陈波

机械系统故障信号特征提取技术研究    余红英

旋转机械轴承故障的特征提取与模式识别方法研究    李萌

风力发电机组齿轮箱早期故障诊断方法研究    张亮

旋转机械状态监测与信号分析系统的复用研究    李晓虎

振动信号在船舶设备检验中的应用探讨    操炼

分形理论应用于齿轮箱滚动轴承故障诊断的研究    杨皓

大型风电机组振动状态监测系统开发    李虎

基于EMD和SVM技术风电齿轮箱早期故障诊断研究    白亚红

国产最大功率直驱式风电机组批量并网发电    

直驱式风电机组建模及最大功率跟踪控制    蔺红;晁勤;

永磁直驱式风电机组低电压穿越技术研究    刘广东;高宁;王东;赵双喜;

直驱式风电机组机电暂态建模及仿真    高峰;周孝信;朱宁辉;苏峰;安宁;

1.5MW直驱式风电机组机舱的关键技术研究    王国振;吴东超;富强;

2MW直驱式风电机组的建模与仿真    樊明迪;林辉;米月星;

并网型直驱式风电机组的仿真分析    戴毅;张新燕;彭垣钢;周纪彬;

叶片断裂事故条件下直驱式风电机组动态特性分析    戴巨川;

电网故障下直驱式风电机组建模与控制仿真研究    蔺红;晁勤;

基于PSCAD的直驱式风电机组运行特性仿真    齐尚敏;李凤婷;石岩;

国产最大功率直驱式风电机组批量并网发电    通讯员 冯济武　记者 唐爱平

调研新能源产业 检查救灾保供电    姜玉涛

湘电集团：携关键技术乘“风”而上    本报记者 冯济武

全用国产货仍然没盼头?    宋晓华　李玉芳 高杰

湘电股份 风电业务驶入快车道    证券时报记者 李小平

向风索电,江苏打造完整产业链    宋晓华

我国风电产业将向何处去?    本报记者 崔宏薇

大型变桨距直驱式风电机组系统建模与控制策略研究    戴巨川

直驱式风电机组变流控制系统的设计与研究    林波

直驱式风电机组轴承振动监测与故障诊断    张博